热声发动机外壳及其热声发动机、自由活塞热声发电机

本发明涉及发动机，尤其涉及一种热声发动机外壳及其热声发动机、自由活塞热声发电机。

背景技术：

1、自由活塞热声发电机主要由热声发动机和直线发电机两部分组成，其中发动机将热能转换为声波形式的机械能，直线电机将该机械能转换成电能。如图1所示，热声发动机主要由高温换热器、回热器、低温换热器、调相器组成。当高温换热器被载热流体加热，低温换热器被保持在一个较低的温度，回热器内部将形成一个轴向的温度梯度。当该温度梯度达到一定值后，经过激励后，热声发动机内部就能够维持自发的声波振荡，将热能转化为机械能。

2、在发动机中，高温换热器的温度一般可达900k，甚至更高，低温换热器的温度通常与环境接近，而回热器的长度通常仅为5-10厘米，因此，图2所示，发动机承压壁环绕在高温换热器、回热器和低温换热器外，发动机承压壁面紧靠回热器的部分存在非常大的轴向温度梯度。由于回热器两端温差大，发动机承压壁在回热器两端的热胀冷缩变形差异大，而回热器长度又很短，所以在承压壁面上会产生非常大的热应力。随着热声发动机功率的增大，热应力迅速增加，甚至超出材料的许用应力范围，从而使得承压壁面的承压能力迅速衰减，大大地降低了系统安全性能，甚至造成严重的安全事故。

技术实现思路

1、本发明提供一种热声发动机外壳及其热声发动机、自由活塞热声发电机，用以解决现有技术中热声发动机的承压壁在回热器两端热胀冷缩变形差异大致使承压壁产生较大的热应力，而随着热声发动机的功率的增大，承压壁壁面的承压能力迅速衰减，降低了系统安全性能，甚至造成严重的安全事故的缺陷，通过将承压壁分成内层壁和外层壁两层壁，内部载热流体在内层壁上的作用力能够传递到外层壁上，使内层壁和外层壁两层壁同时承压，且内层壁和外层壁之间可以相对滑动，从而减小承压壁壁面的热应力。

2、本发明提供一种热声发动机外壳，包括承压壁，所述承压壁环绕设置在高温换热器、回热器和低温换热器外，其中，所述承压壁包括内层壁和套设在所述内层壁外的外层壁，所述内层壁与所述外层壁相接触、并能够相对滑动。

3、根据本发明提供的一种热声发动机外壳，还包括：

4、连接法兰，所述连接法兰的第二端用于与直线电机的外壳相连接，且所述连接法兰的第二端与调相器的端面相平齐或凸出于所述调相器的端面；

5、缓冲壁，所述缓冲壁的两端分别与所述连接法兰的第一端和所述外层壁的第二端相连接。

6、根据本发明提供的一种热声发动机外壳，沿所述连接法兰的第二端至第一端的方向，所述缓冲壁的厚度逐渐减小至与所述外层壁的厚度相一致。

7、根据本发明提供的一种热声发动机外壳，所述承压壁上设置有与高温换热器相对应的流体进管和流体出管，所述流体进管和所述流体出管分别用于供高温载热流体进出。

8、根据本发明提供的一种热声发动机外壳，所述流体进管和所述流体出管的管壁均与所述内层壁为一体式结构，所述流体进管和所述流体出管与所述外层壁之间设置有间隙。

9、根据本发明提供的一种热声发动机外壳，所述内层壁的第一端与所述外层壁的第一端连接为一体式结构，或，所述内层壁靠近第一端的部分与所述外层壁靠近第一端的部分连接为一体式结构。

10、本发明还提供一种热声发动机，包括热声发动机外壳、位于所述热声发动机外壳内的高温换热器、回热器、低温换热器和调相器，所述热声发动机外壳为如上述任意一项所述的热声发动机外壳。

11、根据本发明提供的一种热声发动机，所述高温换热器的管壁与所述热声发动机外壳的内层壁为一体式结构。

12、根据本发明提供的一种热声发动机，所述低温换热器的第一端与所述热声发动机外壳的内层壁之间设置有第一密封件；所述低温换热器的第二端与所述热声发动机外壳的外层壁之间设置有第二密封件。

13、本发明还提供一种自由活塞热声发电机，包括热声发动机和与所述热声发动机相连接的直线电机，所述热声发动机为上述任意一项所述的热声发动机。

14、本发明提供的热声发动机外壳及其热声发动机、自由活塞热声发电机，通过将承压壁分成内层壁和外层壁两层壁，内部载热流体在内层壁上的作用力能够传递到外层壁上，使内层壁和外层壁两层壁同时承压，并且内层壁和外层壁之间可以相对滑动，从而减小承压壁壁面的热应力，而且，内层壁和外层壁的壁厚都小于现有承压壁的壁厚，内层壁和外层壁本身具有较小的热应力，能够承受较大的作用力，从而减小承压壁壁面的热应力，提高了承压壁的承压能力，提高了系统安全性能。

技术特征：

1.一种热声发动机外壳，其特征在于，包括承压壁，所述承压壁环绕设置在高温换热器、回热器和低温换热器外，其中，所述承压壁包括内层壁和套设在所述内层壁外的外层壁，所述内层壁与所述外层壁相接触、并能够相对滑动。

2.根据权利要求1所述的热声发动机外壳，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求2所述的热声发动机外壳，其特征在于，沿所述连接法兰的第二端至第一端的方向，所述缓冲壁的厚度逐渐减小至与所述外层壁的厚度相一致。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热声发动机外壳，其特征在于，所述承压壁上设置有与高温换热器相对应的流体进管和流体出管，所述流体进管和所述流体出管分别用于供高温载热流体进出。

5.根据权利要求4所述的热声发动机外壳，其特征在于，所述流体进管和所述流体出管的管壁均与所述内层壁为一体式结构，所述流体进管和所述流体出管与所述外层壁之间设置有间隙。

6.根据权利要求1-5任一项所述的热声发动机外壳，其特征在于，所述内层壁的第一端与所述外层壁的第一端连接为一体式结构，或，所述内层壁靠近第一端的部分与所述外层壁靠近第一端的部分连接为一体式结构。

7.一种热声发动机，包括热声发动机外壳、位于所述热声发动机外壳内的高温换热器、回热器、低温换热器和调相器，其特征在于，所述热声发动机外壳为如权利要求1-6任意一项所述的热声发动机外壳。

8.根据权利要求7所述的热声发动机，其特征在于，所述高温换热器的管壁与所述热声发动机外壳的内层壁为一体式结构。

9.根据权利要求7所述的热声发动机，其特征在于，所述低温换热器的第一端与所述热声发动机外壳的内层壁之间设置有第一密封件；所述低温换热器的第二端与所述热声发动机外壳的外层壁之间设置有第二密封件。

10.一种自由活塞热声发电机，包括热声发动机和与所述热声发动机相连接的直线电机，其特征在于，所述热声发动机为如权利要求6-9任意一项所述的热声发动机。

技术总结
本发明提供一种热声发动机外壳及其热声发动机、自由活塞热声发电机，包括承压壁，承压壁环绕设在高温换热器、回热器和低温换热器外，承压壁包括内层壁和套设在所述内层壁外的外层壁，所述内层壁与所述外层壁相接触、并能够相对滑动。通过将承压壁分成内层壁和外层壁两层壁，内部载热流体在内层壁上的作用力能够传递到外层壁上，使内层壁和外层壁两层壁同时承压，内层壁和外层壁之间可以相对滑动，能够减小承压壁壁面的热应力，内层壁和外层壁的壁厚都小于现有承压壁的壁厚，提高了承压壁的承压能力。

技术研发人员：胡剑英,刘斌,罗二仓,张丽敏,陈燕燕,吴张华
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12